定义2.5 如果随机变量X的概率分布为
其中0<p<1,q=1-p,则称X服从参数为n,p的二项分布,记作X~B(n,p).容易验证
由此可见,P(X=k)恰好是二项式(p+q)n的展开式中第k+1项,二项分布因此而得名.
当参数n=1时,二项分布就转化为0-1分布,记作X~B(1,p),其概率分布为
二项分布是一种应用极为广泛的离散分布,譬如:
·某射手每次射击“中靶”的概率为0.8,则该射手10次射击中中靶数X服从参数为n=10,p=0.8的二项分布B(10,0.8).
·小白鼠接受一定剂量某种毒物时,其死亡率为70%.若对甲、乙、丙3只小白鼠逐只实验,则3只小白鼠中的死亡数X服从参数为n=3,p=0.7的二项分布B(3,0.7).
【例1】 已知某产品的次品率为0.1,现从100件产品中有放回地抽取5件,求抽取的5件产品中次品数的概率分布.
分析 从100件产品中有放回地抽取5件相当于做5次重复试验,每次试验结果只有两种可能:“正品”或“次品”;每次抽到次品的概率p=0.1;由于是有放回抽取,所以每次抽到正品还是次品不受其他各次试验的影响,即各次试验相互独立.该试验为试验次数n=5的贝努利试验.
解 设X表示5次抽取中出现的次品数,则X~B(5,0.1),其概率分布为
【例3】 (能源供应问题)设9名工人间歇性的使用电力,任何一刻每名工人以同样的概率0.2需要一单位的电力(比如1小时有12分钟需要电力),各工人相互独立地工作,问在同一时刻至少7名工人同时需要供应一个单位电力的概率是多少?
分析 考查9名工人相当于做9次重复试验,每次试验结果只有两种可能:“需要一单位电力”或“不需要一单位电力”;每名工人需要一单位电力的概率p=0.2,各工人相互独立地工作,该试验为试验次数n=9的贝努利试验.
解 设同一时刻需要供应1单位电力的人数为X,则X服从参数为n=9,p=0.2的二项分布B(9,0.2),其概率分布为
同一时刻至少7名工人同时需要供应一个单位电力的概率为
结果表明,若在同一时刻只供应6个单位电力,则超负荷的概率为0.000 3,或者说能够满足工人生产需要的概率达0.999 7.我们可以根据计算结果合理安排生产和能源供应,避免造成更多浪费现象.
对于二项分布,在实际应用中还经常讨论其最可能值.
服从二项分布B(n,p)的随机变量X共有n+1个可能取值.一般来说,X取各个值的概率是不相同的,我们把使概率Pn(k)达到最大的k值记为k0,并称之为二项分布的最可能值.
因为Pn(k0)最大,比较Pn(k0-1),Pn(k0)和Pn(k0+1)应有如下关系式成立:
由不等式(1)得(www.xing528.com)
k0≤(n+1)p
同理,由不等式(2)可得
k0≥(n+1)p-1
从而
(n+1)p-1≤k0≤(n+1)p
由于k0为整数,故有
其中[(n+1)p]为不超过(n+1)p的最大整数.
结果表明,若X~B(n,p),当(n+1)p为整数时,随机变量X有两个最可能值.如X~B(9,0.2),其两个最可能值分别为(n+1)p=2和(n+1)p-1=1.当(n+1)p非整数时,X只有一个最可能值.如X~B(6,0.2),其最可能值为[(n+1)p]=[1.4]=1.
【例5】 某批产品有80%的一等品,进行重复抽样检验,共取出4个样品,求其中一等品的最大可能数量.
解 设X表示抽取的4个样品中一等品个数,则X~B(4,0.8).由于
(n+1)p=(4+1)×0.8=4
所以4个样品中一等品最可能是3个或4个.
对于二项分布,当n很大时,Pn(k)的计算量较大,于是,引入一种新的分布,即泊松分布,来近似代替二项分布.
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